高折射高色散光学玻璃的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高折射高色散的镧火石玻璃，其折射率范围为1. 73-1. 88,阿贝数 范围为25-32。
【背景技术】
[0002] 折射率范围为1. 73-1. 88、阿贝数范围为25-32的玻璃属于高折射高色散玻璃，这 种材料在现代光学设计中应用比较广泛。与一般的低折射光学玻璃相比，高折射率光学玻 璃可以缩短镜头的成像距离，使得卡片相机、单反相机、监控镜头、车载摄像镜头等成像设 备在保证较大的数值孔径的同时，可以减小成像设备的体积。另外，高色散光学玻璃和低色 散光学玻璃耦合使用，可以解决色差、相差等对成像不利因素，提升成像质量。同时，一种光 学玻璃是否优良还需要考虑A 80 (即玻璃透过率达到80%时对应的波长)、化学稳定性、耐 失透性能、工艺性能以及成本等因素。
[0003] 光学玻璃入80指标主要是考量光学玻璃在蓝色光线波段，即380-450nm波长范围 的透过率，对于一般的光学设计而言，A 80数值越低，代表蓝色波段透过率越高，80的数 值越高，代表蓝色波段的透过率越低。在光学设计中，如果材料在紫蓝色波段的透过率不 足，那么成像元件，如(XD、COMS等接收的紫蓝色光线较其他波长光线要少，这样得到的照 片色彩就会发生失真。尤其是对于多镜片光学系统，如单反相机，其光路由10余片镜片构 成，如果每片镜片的A 80过高，那么最后能达到成像元件的紫蓝色波段光线相对于其他波 段要少很多，这样会造成拍摄的照片色彩失真，所以多镜片光学系统对于的要求就更高。
[0004] 一般来讲，高折射光学玻璃为了达到较高的折射率，其组分中的Si0 2、B2O3等网络 形成体比较少，并加入了较多的Ti02、W0 3、Nb2O5等高折射氧化物。这些高折射氧化物的加 入会吸收紫蓝色波段的光线，使得玻璃A 80上升。所以，在光学玻璃领域，如何获得较高折 射率的同时又能获得较低的A 80是一个持续研究的课题。对于此类玻璃，A 80除了受玻璃 本身的组分影响以外，还受熔炼工艺的影响较大。一般来说，较低的熔炼温度能够获取较好 的入80,尤其是对于含钛的玻璃来说，其A 80受工艺的影响更大。这就要求玻璃设计者在 设计玻璃组分时要考虑到玻璃工艺的问题，即要降低玻璃的液相温度，使之能够在较低的 温度下进行熔炼。
[0005] 从光学加工的角度来看，高折射率光学玻璃的耐失透性也是衡量一种光学玻璃的 重要指标。光学镜片的加工分为冷加工和热压型两种。冷加工是指用工具将玻璃加工成所 需要的毛坯，然后进行研磨、抛光等。热压型是指把玻璃切割成块状毛坯，然后放入模具中 加热，待玻璃软化后压制成所需要的形状。如果使用精密模具压型，压制出的玻璃甚至可以 不经过研磨、抛光等工序，直接可以装机使用。所以，和冷加工相比，热压型工艺制造光学镜 片具有原料浪费少、效率高、成本低、对环境污染少等优点。但对于高折射光学玻璃来说，由 于其网络形成体含量较低，在热压型工艺中容易析晶，造成良品率下降。
[0006] 高折射高色散玻璃通常通过Nb205、W0 3、Ta205、TiO2等高折射高色散氧化物来提高 玻璃的折射率和色散。从原料成本上考虑，Ta 2O5价格最高，Nb2O5和WO3次之，TiO 2的价格 最低，TiO2的价格约为Ta2O5的1/100,约为Nb 2O5和WO3的1/10。经过测算，此类玻璃组分 中每增加重量为1%的Ta2O5，那么玻璃的原料成本将会提升90-100%左右。如果组分中每 增加1%的Nb 2O5或WO3，那么玻璃的原料成本将会上升12-15%左右。另外，从原材料的稀缺 性来讲，Ta 205、Nb2O5以及WO3都属于稀有氧化物，在化工行业、电子行业应用非常广泛。同 时，这些资源需要耗费大量人力和能源进行开采和深加工，不可避免对环境产生较大的污 染。在现有技术中，此类玻璃当TiO 2加入量超过12%时，就会严重降低玻璃的蓝光透过率。 所以，在保证A 80值满足光学设计的同时，研究如何增加TiO2在高折射玻璃中的含量，减 少Ta20 5、Nb205、W03等稀有氧化物的消耗，对光学玻璃产业的健康发展、减少资源消耗有重要 的意义。
[0007] 中国专利申请201310010806. 4所公开的光学玻璃中TiO2含量较少，而含有较多 的Nb2O5和WO 3，并且其入70 (玻璃透过率达到70%时对应的波长)只能达到440nm左右，这 对于多镜片成像系统的设计是不利的。
【发明内容】
[0008] 本发明所要解决的技术问题是提供一种蓝光透过率优良的高折射高色散光学玻 璃，其折射率为1.73-1. 88,阿贝数为25-32。
[0009] 本发明解决技术问题所采用的技术方案是：高折射高色散光学玻璃，以氧化物重 量百分比表示，含有：Si0 2 :20-35%、B2O3 :1-7%、TiO2 :20-35%、La2O3 :1-10%、ZrO2 :0? 5-6%、 Y2O3 :0? 5-8%、BaO:18-38%、K2O :0? 5-5. 5%、Na2O :3-10%，不含有 Nb205。
[0010] 进一步的，所述氧化物的合计含量在95%以上。
[0011]进一步的，还含有 Gd2O3 :0-8%、ZnO :0-6%、CaO :0-5%、SrO :0-5%、Li2O :0-2%、MgO: 0-5%〇
[0012] 进一步的，其中：Si02 : 22-31%。
[0013]进一步的，其中=B2O3 :2_6%。
[0014]进一步的，其中=TiO2 :21_31%。
[0015]进一步的，其中=La2O3 :2_8%。
[0016]进一步的，其中：Zr02 :0? 5-5%。
[0017]进一步的，其中：Y203 :1-3%。
[0018]进一步的，其中：BaO:25_33%。
[0019]进一步的，其中：K20:1_3%。
[0020] 进一步的，其中：Na20 :4_9%。
[0021] 进一步的，不含 W03、Ta205。
[0022] 进一步的，折射率范围为I. 73-1. 88,阿贝数范围为25-32。
[0023]进一步的，所述光学玻璃的液相温度低于IKKTC，入80在450nm以下，表面抗析晶 性能在B级以上，内部抗析晶性能为A级，粉末法耐酸稳定性Da为1级，粉末法耐水稳定性 Dw为1级。
[0024] 采用上述的高折射高色散光学玻璃制成的玻璃预制件。
[0025] 采用上述的高折射高色散光学玻璃制成的光学元件。
[0026]采用上述的高折射高色散光学玻璃制成的光学仪器。
[0027] 本发明的有益效果是：本发明提供的高折射高色散光学玻璃的折射率范围为 1. 73-1. 88,阿贝数范围为25-32,不含有Nb2O5，液相温度低于1100°C，X 80在450nm以下， 表面抗析晶性能在B级以上，内部抗析晶性能为A级，粉末法耐酸稳定性Da为1级，粉末法 耐水稳定性D w为1级。
【具体实施方式】
[0028] 下面将详细描述本发明光学玻璃所含有的全部组分，这些组分都是按照重量百分 比来表示。
[0029] SiO2是玻璃的网络形成体氧化物，在玻璃中起到构建骨架的作用。在本发明中，若 其含量低于20%，将不能形成玻璃；若其含量高于35%，玻璃的折射率和色散不能达到设计 要求。因此，在本发明中，SiO 2的含量限定在20-35%，进一步优选为22-31%。
[0030] B2O3是玻璃的网络形成体氧化物，在玻璃中可以跟SiO 2互溶，共同构建玻璃骨架。 B2O3可以有效降低玻璃的液相温度，使玻璃组分在低温下进行熔炼，这样就有助于提高玻璃 的蓝光透过率。但是，如果B 2O3的含量过大，其配位结构会发生改变，并且要夺取玻璃中存 在的自由氧离子，会使Ti离子发生对蓝光透过率不利的结构变化。经本发明人研究发现， 在本发明的玻璃系统中，如果B 2O3组分的含量维持在1-7%范围内，不仅可以有效降低熔炼 温度，同时也不容易抢夺玻璃组分中存在的自由氧，B 2O3的优选含量为2-6%。
[0031] TiO2在玻璃中属于中间体氧化物，其作用在于提高玻璃的折射率与色散。在本发 明中，发明人通过研究发现了 TiO2对玻璃着色的机理，即TiO2在玻璃中的含量增加后，Ti离 子的配位数和价态会发生变化，而这种变化会造成玻璃蓝光透过率下降。发明人通过进一 步研究发现，如果合理地配置B 2O3、碱土金属氧化物、碱金属氧化物以及稀土氧化物，可以 使TiO2在玻璃中含量加大的同时，使得Ti离子对于蓝光透过率不利的影响得到抑制，从而 使玻璃的A 80得到了保证，同时其耐析晶性能也能满足热压型工艺的需要。在本发明中， 如果TiO2的含量低于20%，玻璃的折射率与色散将无法达到设计目标；如果TiO 2的含量高 于35%，一方面玻璃的耐失透性能将会降低，另一方面，随着Ti离子在玻璃组分中的含量增 大，入80会显著上升。因此，TiO 2含量限定为20-35%，优选含量为21-31%。
[0032] La2O3作为稀土氧化物可以提升玻璃的折射率与色散。在本发明中，如果其含量低 于1%，折射率与色散将达不到设计要求；如果其含量高于10%，那么玻璃的耐失透性能将会 降低。因此，在本发明中，La 2O3的含量限定为1-10%，优选含量为2-8%。
[0033] Y2O3作为稀土氧化物可以调节玻璃的折射率和色散，同时和La 2O3共存时，可以提 高玻璃的耐失透性能。在本发明中，当其含量低于〇. 5%时，改善效果不明显；如果含量高于 8%，耐失透性能将会下降。所以，Y2O3的含量限定为0. 5-8%，优选含量为1-3%。
[0034] ZrO2可以提